Locația optimă a tăvii de alimentare într-o coloană de fracționare NGL
Un fracționator este o coloană echipată cu tăvi sau materiale de ambalare pentru separarea unui amestec de componente în două sau mai multe produse, dintre care cel puțin unul va avea o compoziție controlată sau o presiune de vapori. În sistemele de țiței sau condens, cum ar fi un fracționator este adesea numit stabilizator și este o alternativă la separarea în etape. Fracționatorul este în esență o coloană cu presiune constantă care folosește căldură, absorbție și stripare pentru a separa componentele pe baza diferenței dintre punctele lor de fierbere [1].
Coloanele de fracționare sau distilare sunt denumite pe baza produselor pe care le produc deasupra capului, de exemplu, un deethanizer va produce un flux de distilat care conține în principal etan și componente mai ușoare, cum ar fi metan și azot, cu un produs inferior de propan și componente mai grele (C3 + ). În mod similar, un depropanizator va produce un flux de distilat care este în principal propan, iar fluxul de fund este butan și componente mai grele (C4 +). Capitolul 16 din condiționarea și prelucrarea gazelor prezintă o imagine de ansamblu excelentă asupra fundamentelor de fracționare și absorbție [1].
Prezicerea locației optime a tăvii de alimentare în faza de proiectare nu este ușoară, mai ales dacă se utilizează un calcul rapid. Practic toate metodele de calcul scurtate de estimare a locației tăvii de alimentare se bazează pe ipoteza refluxului total [1].
Acest sfat al lunii (TOTM) va demonstra cum se determină locația optimă a unei tăvi de alimentare într-o coloană de fracționare sau distilare NGL printr-o metodă scurtată și metoda riguroasă folosind un simulator de proces. De exemplu, vom lua în considerare dimensionarea unui deethanizer prin efectuarea de echilibre de material și energie, calcule rapide de pe coloanele de distilare și calcule riguroase de la tavă la tavă. În cele din urmă, TOTM va determina locația optimă a tăvii de alimentare prin metode scurte și riguroase.
Studiu de caz despre Deethanizer:
Să luăm în considerare o coloană de dezetanizer cu compozițiile de alimentare, debitul, temperatura și presiunea prezentate în tabelul 1. Se dorește dimensionarea coloanei de dezetanizer:
A. Pentru a recupera 90 de procente moli de propan din furajele din produsul de fund și
B. Raportul etan/propan al molului egal cu 2% în produsul de fund
Pentru a înțelege conceptul, TOTM va efectua dimensionarea în trei pași:
1. Bilanțe materiale și energetice
2. Metoda de scurtare a coloanei de distilare
3. Coloane riguroase de tip coloană de distilare, tavă cu tavă
Toți pașii de mai sus pot fi realizați de instrumentele/operațiile disponibile într-un simulator de proces. În acest TOTM toate calculele sunt efectuate utilizând UniSim Design [2] cu ecuația Peng-Robinson [3] opțiunea de stare. Figura 1 prezintă diagrama fluxului de proces (operații/instrumente) pentru pașii de mai sus [2].
tabelul 1. Compoziția și starea furajului
figura 1. Diagrama fluxului de proces [2]
Bilanțe materiale și energetice:
Să alegem etanul ca componentă cu cheie ușoară (LK) și propanul ca componentă cu cheie grea (HK), deoarece sunt specificate cerințele lor de separare. Să presupunem că toate componentele mai ușoare decât componenta LK merg în partea de sus și toate componentele mai grele decât componenta HK merg în partea de jos .
Presiunea condensatorului coloanei este setată în mod normal pe baza temperaturii mediului de răcire. Domeniul tipic de presiune de lucru pentru un deethanizer este de 375–450 psia (2586–3103 kPa) [1]. Deoarece presiunea de alimentare este de 435 psia (3000 kPa), presupuneți că presiunea superioară a coloanei este 403 psia (2779 kPa) și presiunea inferioară este de 410 psia (2828 kPa).
Putem utiliza instrumentul „component splitter” în simulatorul de proces pentru a efectua bilanțuri inițiale de material și energie. Distribuitorul de componente este prezentat în partea inferioară a figurii 1. Se specifică divizarea pentru propan (HK) (90% moli merge în jos și rămâne 10 moli% în sus). Scindarea etanului este necunoscută, dar poate fi determinată prin încercare și eroare manual sau folosind instrumentul „ajustare” sau „rezolvare” al simulatorului de proces, care variază esențial etanul vărsat, astfel încât raportul molar dintre etan și propan în produsul de fund devine 2 %. Distribuția estimată a etanului de 97% moli ajunge la vârf .
Fracțiile molare estimate ale componentelor LK și HK din partea superioară și inferioară și valorile specificate în fluxul de alimentare sunt prezentate în Tabelul 2. „Distribuitorul de componente” determină, de asemenea, estimările debitelor de top și inferioare, compoziții, temperatură și necesarul de energie.
masa 2. Specificat (feed) și estimări ale compozițiilor componentelor cheie
Metoda de calcul a comenzii rapide a coloanei de distilare:
Folosind presiunile coloanei superioare și inferioare și fracțiunile molare ale componentelor cheie (din Tabelul 2), operația coloanei de distilare scurtată în simulatorul de proces poate fi utilizată pentru a determina numărul minim de tăvi de echilibru (teoretic) și raportul minim de reflux Reflux/Viteza distilatului), (L/D) min. Diagrama fluxului de proces pentru metoda de scurtătură a coloanei de distilare este prezentată în mijlocul figurii 1.
Numărul minim estimat de tăvi care utilizează corelația Fenske [1,4] este de 6,1, iar raportul minim de reflux utilizând corelația Underwood [1,5] este (L/D) min = 0,618. Raportul de reflux de funcționare este de obicei cuprins între 1,05-1,25 ori (L/D) min [1]. Presupunând că raportul de reflux de funcționare este de 1,15 ori (L/D) min, atunci raportul de reflux de funcționare este de 0,711. Pentru acest raport de reflux de funcționare, programul determină numărul de tăvi de echilibru utilizând Corelația Gilliland [1,6], tava de alimentare optimă utilizând corelația Kirkbride [1,7], compozițiile componentelor din produsele de sus și de jos, debitele de sus și de jos, temperaturile și funcționarea condensatorului și a cazanului. Tabelul 3 prezintă rezumatul rezultatelor scurte.